2016 के अप्रैल में, रूसी अरबपति यूरी मिलनर ने के निर्माण की घोषणा की निर्णायक स्टारशॉट . अपने गैर-लाभकारी वैज्ञानिक संगठन (ब्रेकथ्रू इनिशिएटिव्स के रूप में जाना जाता है) के हिस्से के रूप में, स्टारशॉट का उद्देश्य एक लाइटसेल नैनोक्राफ्ट डिजाइन करना था जो प्रकाश की गति से 20% तक की गति प्राप्त करने और निकटतम स्टार सिस्टम तक पहुंचने में सक्षम होगा - अल्फा सेंटॉरी (उर्फ रिगेल केंटोरस) - हमारे जीवन काल के भीतर।
इस गति से - लगभग 60,000 किमी / सेकंड (37,282 mps) - जांच 20 वर्षों में अल्फा सेंटौरी तक पहुंचने में सक्षम होगी, जहां यह तब तारे और उसकी परिक्रमा करने वाले किसी भी ग्रह की छवियों को कैप्चर कर सकती थी। लेकिन एक के अनुसार हाल का लेख नेवादा विश्वविद्यालय के एक खगोल भौतिकीविद् प्रोफेसर बिंग झांग द्वारा, शोधकर्ता अपने गंतव्य तक पहुंचने से बहुत पहले स्टारशॉट और इसी तरह की अवधारणाओं से सभी प्रकार के मूल्यवान डेटा प्राप्त कर सकते थे।
लेख में दिखाई दियाबातचीतहक के तहत ' प्रकाश की गति के निकट यात्रा करने वाले कैमरे से ब्रह्मांड का अवलोकन करना '. यह लेख प्रोफेसर झांग और कुन्यांग ली द्वारा किए गए एक अध्ययन का अनुवर्ती था - जो कि से स्नातक छात्र था जॉर्जिया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी में सेंटर फॉर रिलेटिविस्टिक एस्ट्रोफिजिक्स - में दिखाई दियाद एस्ट्रोफिजिकल जर्नल(शीर्षक ' सापेक्ष खगोल विज्ञान ')।
1934 में अमेरिकन एसोसिएशन फॉर द एडवांसमेंट ऑफ साइंस की बैठक में 11वें जोशिया विलार्ड गिब्स व्याख्यान में प्रो. अल्बर्ट आइंस्टीन। क्रेडिट: एपी फोटो
संक्षेप में, ब्रेकथ्रू स्टारशॉट एक इंटरस्टेलर मिशन को माउंट करने के लिए हाल के तकनीकी विकास का लाभ उठाने का प्रयास करता है जो एक पीढ़ी के भीतर दूसरे स्टार तक पहुंच जाएगा। अंतरिक्ष यान में एक अल्ट्रा-लाइट नैनोक्राफ्ट और एक लाइटसैल शामिल होगा, जिसके बाद में सैकड़ों किलोमीटर प्रति सेकंड की गति तक एक ग्राउंड-आधारित लेजर सरणी द्वारा त्वरित किया जाएगा।
इस तरह की प्रणाली छोटे अंतरिक्ष यान को लॉन्च होने के लगभग 20 वर्षों में अल्फा सेंटौरी के एक फ्लाईबाई मिशन का संचालन करने की अनुमति देगी, जो तब संभावित ग्रहों और अन्य वैज्ञानिक डेटा (जैसे चुंबकीय क्षेत्रों का विश्लेषण) की घरेलू छवियों को बीम कर सकती है। हाल ही में , ब्रेकथ्रू स्टारशॉट ने एक 'उद्योग दिवस' का आयोजन किया जहां उन्होंने लेजर सेल बनाने के लिए संभावित बोलीदाताओं को प्रस्तावों के लिए अनुरोध (आरएफपी) जमा किया।
झांग के अनुसार, प्रकाश की गति के एक हिस्से पर यात्रा करने वाला एक रोशनी से चलने वाला नैनोक्राफ्ट भी परीक्षण करने का एक अच्छा तरीका होगा आइंस्टीन का विशेष सापेक्षता का सिद्धांत . सीधे शब्दों में कहें तो यह कानून कहता है कि निर्वात में प्रकाश की गति स्थिर होती है, चाहे स्रोत की जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम या गति कुछ भी हो। संक्षेप में, ऐसा अंतरिक्ष यान विशेष सापेक्षता की विशेषताओं का लाभ उठाने में सक्षम होगा और खगोल विज्ञान का अध्ययन करने के लिए एक नई विधा प्रदान करेगा।
आइंस्टीन के सिद्धांत के आधार पर, अलग-अलग 'रेस्ट फ्रेम' में अलग-अलग वस्तुओं में अंतरिक्ष और समय की लंबाई के अलग-अलग उपाय होंगे। इस अर्थ में, सापेक्ष गति से चलने वाली वस्तु दूर के खगोलीय पिंडों को अलग तरह से देखेगी क्योंकि इन वस्तुओं से प्रकाश उत्सर्जन विकृत हो जाएगा। जबकि अंतरिक्ष यान के सामने की वस्तुओं के प्रकाश की तरंगदैर्घ्य कम हो जाएगी, इसके पीछे की वस्तुओं ने उन्हें लंबा कर दिया होगा।
यह आरेख अनशिफ्टेड, रेडशिफ्टेड और ब्लूशिफ्टेड लक्ष्यों के बीच अंतर को दर्शाता है। साभार: नासा
इस घटना को 'डॉप्लर प्रभाव' के रूप में जाना जाता है, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश क्रमशः नीले छोर ('ब्लूशिफ्ट') या स्पेक्ट्रम के लाल छोर ('रेडशिफ्ट') की ओर स्थानांतरित हो जाता है, जो वस्तुओं के पास और पीछे हटने के लिए होता है। 1929 में, खगोलशास्त्री एडविन हबल ने रेडशिफ्ट माप का उपयोग यह निर्धारित करने के लिए किया कि दूर की आकाशगंगाएँ हमसे दूर जा रही हैं, इस प्रकार यह प्रदर्शित करता है कि ब्रह्मांड विस्तार की स्थिति में है।
इस विस्तार के कारण (जिसे के रूप में जाना जाता है) हबल विस्तार ), ब्रह्मांड में अधिकांश प्रकाश फिर से स्थानांतरित हो गया है और केवल मुश्किल-से-अवलोकन अवरक्त तरंगदैर्ध्य में मापने योग्य है। लेकिन प्रो. झांग के अनुसार, सापेक्ष गति से चलने वाले कैमरे के लिए, यह रेडशिफ्ट की गई रोशनी धुंधली हो जाएगी क्योंकि कैमरे की गति ब्रह्मांडीय विस्तार के प्रभावों का प्रतिकार करेगी।
यह प्रभाव, जिसे 'डॉप्लर बूस्टिंग' के रूप में जाना जाता है, प्रारंभिक ब्रह्मांड से फीकी रोशनी को प्रवर्धित करेगा और दूर की वस्तुओं का अधिक विस्तार से अध्ययन करने की अनुमति देगा। इस संबंध में, खगोलविद ज्ञात ब्रह्मांड में कुछ शुरुआती वस्तुओं का अध्ययन करने में सक्षम होंगे, जो समय के साथ विकसित होने के तरीके के बारे में अधिक सुराग प्रदान करेंगे। जैसा कि प्रो. झांग ने ईमेल के माध्यम से यूनिवर्स टुडे को समझाया, यह विशेष सापेक्षता का परीक्षण करने के लिए कुछ अद्वितीय अवसरों की अनुमति देगा:
'कैमरे के बाकी फ्रेम में, कैमरा गति के गोलार्ध में वस्तुओं का उत्सर्जन नीला-शिफ्ट होता है। जमीन से विस्तृत वर्णक्रमीय टिप्पणियों के साथ उज्ज्वल वस्तुओं के लिए, कोई उन्हें उड़ान में देख सकता है। जमीन पर संबंधित (डी-ब्लूशिफ्टेड) आवृत्ति के प्रवाह के साथ एक विशिष्ट ब्लू-शिफ्टेड आवृत्ति पर उनके ब्लू-शिफ्ट किए गए फ्लक्स की तुलना करके, कोई विशेष सापेक्षता में डॉपलर बूस्टिंग भविष्यवाणी का सटीक परीक्षण कर सकता है।
पास की आकाशगंगा M51 (बाएं) की देखी गई छवि और प्रकाश की आधी गति (दाएं) से चलते हुए कैमरे के माध्यम से छवि कैसी दिखेगी। श्रेय: झांग एंड ली, 2018, द एस्ट्रोफिजिकल जर्नल, 854, 123, CC BY-ND
इसके अलावा, जहां तक प्रेक्षक का संबंध है, प्रकाश की आवृत्ति और तीव्रता - और दूर की वस्तुओं का आकार भी बदल जाएगा। इस संबंध में, कैमरा एक लेंस और एक वाइड-फील्ड कैमरा के रूप में कार्य करेगा, जो प्रकाश की मात्रा को बढ़ाता है और खगोलविदों को एक ही क्षेत्र के दृश्य के भीतर अधिक वस्तुओं का निरीक्षण करने देता है। कैमरे द्वारा एकत्र किए गए अवलोकनों की तुलना जमीन से कैमरे द्वारा एकत्र किए गए लोगों से करके, खगोलविद जांच के लोरेंत्ज़ फैक्टर का भी परीक्षण कर सकते हैं।
यह कारक इंगित करता है कि किसी वस्तु के चलते समय, लंबाई और सापेक्षतावादी द्रव्यमान कैसे बदलता है, जो कि विशेष सापेक्षता की एक और भविष्यवाणी है। अंतिम, लेकिन कम से कम, प्रो। झांग इंगित करता है कि इन परीक्षणों को संचालित करने के लिए सापेक्ष गति से यात्रा करने वाले जांचों को किसी विशिष्ट गंतव्य पर भेजने की आवश्यकता नहीं होगी। जैसा कि उन्होंने समझाया:
'सापेक्ष खगोल विज्ञान' की अवधारणा यह है कि किसी को वास्तव में विशिष्ट स्टार सिस्टम में कैमरे भेजने की आवश्यकता नहीं होती है। लक्ष्य करने की कोई आवश्यकता नहीं है (उदाहरण के लिए अल्फा सेंटौरी सिस्टम के लिए), मंदी की कोई आवश्यकता नहीं है। जब तक सिग्नल को वापस पृथ्वी पर स्थानांतरित किया जा सकता है, तब तक व्यक्ति बहुत कुछ सीख सकता है। दिलचस्प लक्ष्यों में उच्च-रेडशिफ्ट आकाशगंगाएं, सक्रिय गैलेक्टिक नाभिक, गामा-किरण विस्फोट, और गुरुत्वाकर्षण तरंगों के विद्युत चुम्बकीय समकक्ष भी शामिल हैं।
हालांकि, इस प्रस्ताव में कुछ कमियां हैं। शुरुआत के लिए, स्टारशॉट के पीछे की तकनीक अनगिनत पीढ़ियों के सपने को पूरा करने के बारे में है - यानी एक ही पीढ़ी के भीतर एक और स्टार सिस्टम (इस मामले में, अल्फा सेंटौरी) तक पहुंचना।
और जैसा कि प्रोफेसर अब्राहम लोएब - हार्वर्ड विश्वविद्यालय में विज्ञान के फ्रैंक बी बेयर्ड जूनियर प्रोफेसर और अध्यक्ष और ब्रेकथ्रू स्टारशॉट समिति - ने ईमेल के माध्यम से यूनिवर्स टुडे को बताया, प्रो। झांग जो प्रस्ताव दे रहे हैं उसे अन्य माध्यमों से पूरा किया जा सकता है:
>'वास्तव में, प्रकाश की गति के निकट प्रकाश की गति के पास एक कैमरा होने के लाभ हैं, जैसे कि प्रारंभिक ब्रह्मांड में सबसे दूर की बौनी आकाशगंगाएँ। लेकिन अगली पीढ़ी की बड़ी दूरबीनों के निर्माण की तुलना में आवश्यक गति के लिए एक कैमरा लॉन्च करने की लागत कहीं अधिक होगी जो हमें समान संवेदनशीलता प्रदान करेगी। इसी तरह, विशेष सापेक्षता के परीक्षण का लक्ष्य बहुत कम लागत पर पूरा किया जा सकता है।'
बेशक, स्टारशॉट जैसी परियोजना को शुरू होने में कई साल लगेंगे, और इस बीच कई चुनौतियों का समाधान करने की आवश्यकता है। लेकिन यह जानना रोमांचक है कि इस बीच, ऐसे मिशन के लिए वैज्ञानिक अनुप्रयोग मिल सकते हैं जो अन्वेषण से परे हो। कुछ दशकों में, जब मिशन अल्फा सेंटौरी की यात्रा करना शुरू करता है, तो शायद यह पारगमन के दौरान विशेष सापेक्षता और अन्य भौतिक कानूनों पर परीक्षण करने में भी सक्षम होगा।
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